用于振动压实机的背压装置以及包括类似装置的机器的制作方法

本发明涉及碳阳极的制造，尤其是来自于沥青和碎焦炭的混合物，用于霍尔赫劳尔特电解法（hall-héroultelectrolysisprocess）。

背景技术：

已知的过程是将材料（糊状物）放置在振动压实机中，基本包括可移动地安装在振动台上的具有矩形截面的整体平行六面体模具，振动台包括模具的底部，以及能通过模具上端轴线向插入前述模具的盖子配重。振动台通过悬挂装置牢固地连接底盘并且受到基本垂直方向上的振动，沿着模具的轴线，在振动机械的作用下。

类似已知的机器的实例展示于本申请图1和2中。该机器因此基本由具有矩形截面的整体平行六面以及大体垂直轴线的体模具1构成，其能垂直移动并且可移动地安装在振动台2上，以及盖子配重3。在模具1中引入由液体沥青和碎焦炭组成的糊状物4之后，通过盖子配重3的捣实来压实糊状混合物。为了实现这一点，不平衡轴线5沿相反方向转动，刺激台面2，假定为垂直正弦运动。通常，工作台2安装在弹性吊架6上，弹性吊架6限制振动传递到地面7和/或机器周围的物体。

盖子配重3，或印模8，的下端进入模具1以形成模制块的顶部。在工作台2的垂直运动的作用下传递到糊状物4，盖子配重3撞击正在形成的块的顶部。

该模具1通常安装在导轨9a上，垂直滑动到工作台2的固体套筒2a中，并且通过液压阀10操作，液压阀10通过其杆的自由端连接到模具1，并通过其缸体的下端连接到工作台2；这些液压阀10将模具1夹紧在工作台2上并且也将其释放，将模具1提升到工作台2上方，以允许模制块从工作台2的表面侧向移除。

此外，压实装置能具有用于在模具1内产生真空的系统和背压装置12，背压装置12固定到盖子13，使用模具1的盖13上的可移除的关闭机构15紧密地密封模具1的上部（参见图1），其中盖子13能够同盖子配重一起通过外部装置11相对于模具1垂直移动，外部装置11例如是绞盘或具有吊杆的液压阀，与模具1真空系统相关联，并且固定到框架（未示出），由盖子13的垂直引导件9b引导到固定至模具1的套筒1b中。该盖子13确保模具1被密封并且为背压装置12提供支撑，其朝向糊状物4和台2推动盖子配重。该背压装置12包括可膨胀装置，通常为气动阀14，其位于它们所依靠安装的盖子13和它们向下推动的盖子配重3之间。这些气动阀14的上端和下端分别连接到盖子13和盖子配重3，并在压实阶段的全部或部分期间用压缩空气充气；图中未示出压缩空气源。

以这种方式，在该压实阶段期间在盖子配重3上产生向下的垂直力。该力抵抗盖子配重3在糊状料4上的反冲，并且还增加了该盖子配重3对糊状物4的冲击产生的能量。该背压装置12有助于显着地改善压实结果并且在压实期间稳定盖子配重3的移动。

在图2上，背压装置12包括两个气动阀14，其对称地布置在盖子配重3的吊杆11和盖13的每侧。

为了在限制屈曲现象的同时增加阀14的行程，在文献wo2010/119184中建议堆叠至少两个阀，与引导件一起工作以便引导它们的变形和行程。每个堆叠具有其自己的引导装置。这些阀组对称地安装并且在模具的中心垂直轴线的每侧上横向偏移，使得没有同轴线阀堆叠在模具的中心垂直轴线上。优点是机器的背压装置几乎不需要维护，易于安装和拆卸，并且容易从外部接近。

材料在模具中压实以给予未来的阳极特定的密度。因此，有必要在压实机模具内的压实期间监测材料的密度，以便随后调整加工设置，例如放置在模具中的材料的量、不平衡配重的旋转速度以及由背压装置施加的力。

为此，已知要监测模具中材料的高度。

文献fr2674259建议在形成期间通过使用利用反射器工作的光电传感器来检测块的高度，以确定保持盖子配重的杆的高度。然而，杆的高度的变化，特别是由于工作台振动，可能导致测量误差。

文献fr2751991描述了用于监测和控制碳块密度的装置的示例。在该装置中，悬挂盖子配重的杆由包括安装在盖上的不与杆接触的电子传感器的模制部件包围。离散测量标记沿着杆的长度放置，并且它与电子传感器一起工作以在模具中形成期间测量块的高度。由于传感器由盖子支撑，测量误差减小。

然而，类似的装置需要检查机器的设计，以便将标记物包括在盖子配重吊杆上和盖上的传感器上。此外，如果需要对传感器进行维护，则必须固定盖子配重。

此外，这种装置仅提供沿着模具的中心垂直轴线的高度的测量，而可能期望知道沿着侧面的精确高度，以便监控模具中的块的几何形状。

因此，需要一种可以处理在上述现有技术中发现的问题的新的压实机。

技术实现要素：

为此，首先提出一种用于振动压实机的背压装置，以便在所述振动压实机的模具中形成块，尤其是阳极块，所述阳极块用于形成电解铝的阳极。该背压装置的特征是：

-至少一个背压单元，所述背压单元包括至少一个垂直可膨胀元件，所述垂直可膨胀元件一端通过上法兰垂直支撑，所述上法兰能被固定到机器模具盖子，且另一端通过下法兰垂直支撑，所述下法兰能被固定到机器盖子配重，所述垂直可膨胀元件能通过弹性形变在所述上法兰和所述下法兰之间施加背压，以及

-至少一个引导单元，与所述背压单元的垂直可膨胀元件一同工作以引导其垂直膨胀，所述引导单元包括至少两个引导元件，所述引导元件能相对于彼此自由地垂直移动，第一元件结合所述上法兰的垂直运动，并且第二元件结合所述下法兰的垂直运动，

-至少一个相对垂直位置传感器，用于与所述引导单元的所述第二元件相干的第一元件，

所述背压装置形成能够测量块在机器中成型期间的密度的装置。背压装置理想的小尺寸，通过包括在可扩张元件的引导单元内的传感器的测量功能。

根据操作程序，背压装置具有紧固到上法兰或下法兰的至少一个加速度计。为此，例如，第一加速度计固定到上法兰以测量盖子的加速度，并且第二加速度计固定到下法兰以测量盖子配重的加速度。因此，通过测量在形成期间的块的密度和加速度，能够实现块制造的精细和精确的控制。

根据实施例，两个引导元件是彼此可伸缩地安装的柱类型，确保有效的引导和限制屈曲风险。

传感器能够是lvdt型并且包括固定到第一元件以及第二引导元件的一侧的磁性元件，，以及对磁性元件的磁场敏感的杆。杆被固定到第一元件以及第二引导元件的另一侧。这种类型的紧凑型传感器易于安装在引导单元中，并且提供对两个元件的相对高度的连续测量，以提供正在进行的密度测量。

根据一个实施例，所述垂直可膨胀元件包括至少一个充气阀或至少一堆至少两个充气阀。在相对于第二元件的第一元件上的相对垂直位置传感器现在理想地位于充气阀内部，充气阀提供对抗背压装置的环境内的高温和可能的污染颗粒的保护。

根据一个实施例，引导单元至少部分地沿着竖直可膨胀元件延伸，并且理想地从一端到另一端延伸。在相对于第二元件的第一元件上的相对垂直位置传感器现在至少部分地放置在垂直可膨胀元件内部。

其次，提出了一种用于碳块的振动压实机，所述碳块用于形成电解铝的阳极。该机器包括至少一个能够牢固固定到振动台并且具有开口侧的模具，能够沿着中心垂直轴线穿过所述模具的开口侧并且能够在所述模具中垂直移动的盖子配重，能够紧密密封模具的开口侧的盖子，以及至少一个如上所述的背压装置。背压装置的上法兰现在固定到盖子的下侧，背压装置的下法兰固定到盖子配重的上侧。包括用于相对于引导单元的第二元件的第一元件的相对垂直位置传感器的背压装置现在能连接到机器，而不必改变机器的设计。

根据一个实施例，机器具有至少两个背压装置，侧向偏置在盖子配重的中心垂直轴线的每侧。因此，机器不具有受到沿着中心垂直轴线引导的任何背压装置。因此，机器还能够包含用于至少两个背压装置的测量比较系统，以便测量盖子配重在模具压实块期间的平坦度。因此，如果盖子配重不在所需的平坦度，可以采取措施。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从本发明的实施例的描述和附图中得出，其中：

-图1是现有技术的振动压实机的透视图，其中,盖子和盖子配重被提升到固定到振动台的模具上方；

-图2是图1所示的振动压实机的前横截面视图，其具有现有技术的背压装置；

-图3是用于根据操作程序的碳块的背压和连续密度测量装置的盖子和盖子配重的正面剖视图；

-图4是用于图3中处于第一位置的碳块的背压和连续密度测量装置的侧视横截面图；

-图5是用于处于第二位置的碳块的背压和连续密度测量装置的与图4类似的视图；

-图6是碳块的背压和连续密度测量装置的俯视图。

具体实施方式

下面描述了垂直振动压实机的背压装置的一个示例，其用于形成由液体沥青和粉碎焦炭制成的糊料模制的阳极块。然而，反映本发明的背压装置可适用于来自颗粒或任何其它机器的任何其它垂直振动压实机，而不偏离本发明的范围。

反映本发明的振动压实机通常包括并且如参考代表现有技术机器的图1和图2所描述的，具有矩形横截面的平行六面体模具1，该横截面在作为其基部和其上侧的两个水平相对侧上开口。模具1牢固地固定到振动台2上以便闭合基座并为模具1提供底部。机器还包括用于通过模具的上侧插入模具1中的盖子配重3，支撑在盖子13下面，盖子13牢固地固定到模具1的上端以提供紧密密封。该机器还具有两个沿相反方向旋转的不平衡轴5，激励工作台2，其呈现垂直正弦运动。此外，工作台2安装在弹性悬挂6上，弹性悬挂6限制振动传递到地面7和/或机器周围的物体。

如图3所示，用于模具1上的盖子13的锁定系统15设置在机器中。

机器还具有沿着盖子13和盖子配重3的中心垂直轴线a-a的位移系统，该位移系统通过至少一个悬挂杆11。

在本申请中，形容词“垂直”及其变型表示平行于盖子的中心垂直轴线a-a的任何方向;形容词“水平”及其变型表示垂直于中心垂直轴a-a的任何方向。

当盖子13闭合模具1的上侧时，位移系统与在模具1中产生真空的系统相关联，以便在模具1中形成碳块期间控制压力。

盖子配重3的下侧形成对应于未来阳极的上侧的形状的压痕8。

根据本发明的机器还包括定位在盖子13和盖子配重3之间的至少一个背压装置12。

更具体地，背压装置12包括至少一个背压单元16，其在盖子13和盖子配重3之间产生背压力。

为此目的，背压单元16包括位于上法兰17和下法兰18之间的至少一个可竖直扩张的元件16a，所述上法兰17如下文所示固定到盖子13，下法兰18如下文所示固定到盖子配重3。更具体地，可竖向扩张元件16a为上法兰17和下法兰18提供垂直支撑。更具体地，根据垂直方向，可扩张元件16a包括固定到上法兰17的上端以及固定到下法兰18的下端。可竖直延伸的元件16a可以弹性变形，使得其在上法兰17和下法兰18之间，并且因此在盖子13和盖子重3之间，产生取决于竖直方向的反压力。

根据本文提出的操作程序，可膨胀元件16a由两个相同的环形充气阀19的堆叠形成，以便增加可膨胀元件16a的总垂直行程。第一阀19固定在上法兰17和中间法兰20之间；第二阀19固定在中间法兰20和下法兰18之间。中间法兰20被钻孔，使得阀19的内部连接。因此，每个堆叠需要单个气门机构。阀19和法兰17、18、20之间的紧固系统确保阀19的内部与外部环境封离。

可膨胀元件16a由引导单元21垂直地引导。引导单元21包括至少两个元件，根据在此呈现的操作过程，两个柱22、23相对于彼此竖直移动。称为上柱的初始柱22至少可移动地联接到上法兰17的垂直运动。实际上，上柱22牢固地固定并密封到上法兰17。已知的第二柱23作为下柱，至少可移动地联接到下法兰18的垂直运动。同样在实践中，下柱22牢固地固定并密封到下法兰18。

根据在此呈现的操作程序，引导单元21中的两个柱22、23彼此可伸缩地安装。例如，下柱23容纳在上柱22内，使得其可以竖直地滑动。中间法兰20具有足够的直径孔，以允许上柱22穿过它。下柱23相对于上柱22的滑动由下法兰18和上柱22之间的配合来引导。更具体地，上柱22包括两个沿直径相对的垂直脊，以便产生上柱22的两个脚部22a，并且下法兰18包括两个开口18a以容纳上柱22的脚部22a。下法兰18的开口18a的尺寸和形状相对于上柱22的脚部22a的尺寸和形状确保了垂直滑动的导向。

可选地或同时地，柱22、23可以在上柱22的内表面和下柱23的外表面之间具有足够的间隙以允许垂直滑动。

再一次可选地或同时地，中间法兰20可以通过与上柱22一起工作而被引导。例如，滑道围绕中间法兰20的中间的孔固定，并且沿着上柱22的外表面滑动。

背压装置12还包括在上柱22上相对于引导单元21的下柱23的至少一个相对垂直位置传感器24，其连续地测量上法兰17和下法兰18之间的距离，并且因此在盖子13的下侧和盖子配重3的上侧之间。

优选地，引导元件21沿着可膨胀元件16a的至少一部分垂直延伸，并且实际上沿着可膨胀元件16a从一端到另一端垂直地延伸。因此，传感器24位于可竖直扩张元件16a的内部空间内。

根据本文提出的操作过程，相对垂直位置传感器24是lvdt（linearvariabledifferentialtransformer线性可变差动变压器）类型，并且包括磁性元件25，例如固定到下柱23的钕磁体。磁体25和下柱23在其中心具有垂直孔，杆26穿过该垂直孔延伸。杆26由磁致伸缩材料制成并且固定到上柱22上。杆26上的连接器27设置在上法兰17上，以便提供到背压装置12的外部通路以进行连接。更具体地，杆26穿过上柱22中的孔并且出现在可膨胀元件16a的外部。保护盖子27a可以设置在上法兰17上以形成用于杆26的连接器27的壳体。优选地，密封元件设置在杆26和上柱22中的孔之间。因此，杆26可以连接到电源，并且杆26的响应可以通过其连接器27记录在计算机系统28中。

当不平衡轴5操作时，盖子配重3在模具1中的材料上垂直弹跳，使得上法兰17相对于背压装置的下法兰18竖直地移动。当上柱22相对于下柱23移动时，磁体25的位置沿着杆26被改变，并且可以通过杆26的响应来监测。

因此，背压装置12可以通过监测在机器的模具1中其高度的变化来测量正在形成的块的密度。

因此，背压功能和密度测量功能被仔细地组合在单个背压装置12中，有助于减小机器的重量并且使得更容易进行测量。

此外，根据本文提出的操作程序，垂直位置传感器24，更具体地磁体25和杆26被放置在可膨胀元件16a的内部空间中，使得传感器24免受外部环境的影响。例如，当可膨胀元件16a包括阀19时，传感器24放置在阀19内部。然而，由于阀19的内部通过它们的交替充气和放气而通气，然后阀19内的温度低于周围温度。由于周围温度可以是大约100℃，即模具中材料的温度，阀19内的空间为传感器24提供了有利的保护，以提高强度和精度。

背压装置12因此在振动压实机内形成模块，其组合两个功能：首先，其在盖子配重3和盖子13之间产生背压力，其次允许测量模具1中的材料的高度。装置12也可以容易地安装和从机器移除。

为了测量高度并且指定在模具中形成的块的密度，背压装置12还可以包括在上法兰17上的加速度计，以测量盖子13的加速度，或者包括在下法兰18上的加速度计以测量盖子配重3的加速度。在实践中，背压装置12具有两个加速度计29,30：固定到上法兰17的一个加速度计29和固定到下法兰18的另一加速度计30。理想地，至少将下法兰18上的加速度计30放置在可膨胀单元16a内部，以减小与模具1内的热材料接触的盖子配重的温度的影响。

两个加速度计29、30也连接到计算机系统28以收集测量值。为此目的，下法兰18上的加速度计30连接到固定到从可扩展单元16a的内部伸出的法兰17的连接器31。因此，连接器31可从外部访问，并且还连接到计算机系统28，以收集来自下法兰18上的加速度计的测量结果。

背压装置12通过将上法兰17固定到盖子13的下侧并且还通过将下法兰18固定到盖子配重体3的上侧来安装。优选地，下法兰18和盖子配重3之间的紧固能够是密封的。此外，用于阀19的紧固系统19a以及更一般地用于上法兰17上的可膨胀元件16a，下法兰18和中间法兰20的任何紧固系统提供紧密密封。因此，背压单元16的可膨胀元件16a内的空间是与其周围隔离的密封环境。可膨胀元件16a周围的环境可以充满来自用于形成块体的材料的灰尘和蒸汽。因此，下法兰18上的传感器24和加速度计30理想地被保护在可竖直扩张元件16a的内部空间中。

可能与加速度计29、30组合的垂直位置传感器24提供对在机器的模具1中形成的块的密度的变化的持续和实时监测。可以实时进行调整以精确控制块的密度。例如，可以调节不平衡轴15的旋转速度和/或由背压装置12的可膨胀元件16a施加的力。放置在模具1中以形成块的材料的量也可以作为从前一块获得的测量结果进行调整。作为变型或组合，不平衡轴15的质量也可以作为从前一个块获得的测量结果来调整。

由于垂直位置传感器24和加速度计29、30永久地存在于背压装置12中的机器上，因此提高了测量的监测并且帮助检测问题的典型征兆以便执行预测性维护，即，甚至在问题之前出现。

包括垂直位置传感器24的背压装置12不需要改变机器的设计，并且可以替换现有的背压装置。

优选地，根据本发明的至少两个背压装置12安装在机器上，在盖子13和盖子配重3之间。两个背压装置12在盖子配重3和盖子13的中心垂直轴线a-a的两侧横向偏移。因此，没有背压装置沿着中心垂直轴线a-a被引导。因此，可以在计算机系统28中使用比较系统比较由用于每个背压装置12的垂直位置传感器24提供的测量结果，以便确定盖子配重3的平坦度并推导出上侧的信息，即，与形成在模具中的块的盖子配重3的压痕8接触的一侧。

例如，如果块体是用于铝电解的粗阳极块，一旦形成粗块体，其在被带到阳极烘烤炉之前与其它粗块体堆叠。堆叠可以达到几米高。因此，块的两侧必须以约2mm的精度对准，以确保稳定的存储。通过两个偏置的背压装置12在机器上简单且快速地使用两个垂直位置传感器24有助于确保正在形成的块的上侧平行于其下侧，即，与模具1的基座接触的一侧具有所需的精度。

测量平坦度还有助于监测材料在模具1中的正确的水平分布。

机器可具有多于两个背压装置12。

结合背压功能和块密度测量功能的所述背压装置12有助于提高测量的精度，同时在模具中的块的整个形成期间保持在机器内部。当垂直位置测量传感器24放置在盖子13和盖子配重3之间时，距离测量误差受到限制。

背压装置12可以在不改变机器的情况下容易且快速地安装在振动压实机上，代替现有技术的背压装置。由于测量装置包括在背压装置12内，除了与计算机系统28的连接之外，不需要特定的安装操作，降低了安装成本。

由于背压装置12被定期更换，因此测量装置的维护也变得容易。